DE4304953C2 - Verfahren zur Ausbildung einer entfernbaren Oberflächenschicht auf einem Substrat, aus Glaskeramik, Glas oder Keramik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer entfernbaren Oberflächenschicht auf einem Substrat aus Glaskeramik, Glas oder Keramik einschließlich aller auf der Oberfläche des Substrates aufsitzender Be­ schichtungen, wie Dekoren.

Oft ist es technisch notwendig oder wünschenswert, Substrate oberflächlich und/oder von aufsitzenden Beschichtungen zu reinigen.

Besonders wenn das Substrat einen wertvollen, wiederverwendbaren Rohstoff darstellt, dessen Eigenschaften durch die aufsitzenden Beschichtungen im Falle der Wiederverwendung des Substrates negativ verändert werden, ist es eine zum Teil sehr aufwendige und teure Notwendigkeit, die Beschichtung vom Substrat zu trennen, z. B. wenn

• - die hergestellte Beschichtung den technischen Erfordernissen durch Produktionsfehler, wie z. B. teilweise Ablösen, Verlaufen von Dekoren, o.a. nicht entspricht,
• - oder der ästhetische Eindruck, z. B. durch Farbänderungen vom vorgege­ benen Standard, abweicht.

In zunehmendem Maße wird jedoch auch der Fall immer bedeutsamer, daß durch Verordnungen und Auflagen des Gesetzgebers der jeweilige Hersteller ge­ zwungen wird, seine Produkte nach der Einsatzzeit beim Kunden, gebraucht wieder zurückzunehmen.

Um hier nicht in großem Umfang zusätzliche Kosten für Endlagerung, Lager­ platz, Lagerverwaltung und Entsorgung aufwenden zu müssen, ist es notwen­ dig, diese gebrauchten Produkte wieder als "neue" Rohstoffe in den jewei­ ligen Herstellungsprozeß zurückzuführen.

So werden einerseits die Kosten für die Lagerung der zurückgenommenen, ge­ brauchten Produkte erheblich reduziert und andererseits zum Teil teure Rohstoffe durch Recycling dieser Produkte eingespart.

Doch sind oftmals dem gebrauchten zurückzunehmenden Produkt aufsitzende Beschichtungen oder Verschmutzungen zu entfernen, die ein an sich tech­ nisch mögliches und vorteilhaftes Recycling des Grundmaterials verhindern oder entscheidend einschränken.

Fest sitzende Beschichtungen und/oder Verschmutzungen sind meist aber nur sehr kostenintensiv und aufwendig vom Träger zu entfernen.

Stand der Technik ist z. B.,

• - mechanisches Abschleifen oder Abschneiden der Beschichtungen, was sehr zeitintensiv ist, zum Teil einen hohen Aufwand an teuren Maschi­ nen, Schleif- und Trennmitteln erfordert und darüber hinaus Entsor­ gungsprobleme der entstehenden Feinstäube, der Kühlmittel und bei Naßverfahren der Abtrennung und Einengung der staubhaltigen Suspensi­ onen, nach sich zieht.
• - Abbrand und Oxidation der Beschichtungen und/oder Verschmutzungen un­ ter zum Teil großen Emissionsmengen von möglicherweise toxischen Ga­ sen, mit einer Vielzahl von kaum erfaßbaren organischen und anorgani­ schen Zwischenverbindungen, in Abhängigkeit von der Temperatur, der Brennerführung und den Atmosphären beim Brand.

Darüber hinaus sind die bei solchen Verfahren einzubringenden Ener­ giekosten sehr hoch, die Ofenanlagen und die Rauch- und Abgasreini­ gung, die gegenüber auch großen Mengen von Flußmitteln wie Pb²⁺, K⁺, Li⁺, Na⁺, usw., und korrosiven Gasen, die F⁻, Cl⁻ enthalten, bestän­ dig sein müssen, sehr teuer.

• - Ablaugung oder Ätzung mit Säuren und/oder Basen. Auch diese Verfahren sind technisch aufwendig und teuer; darüber hin­ aus sind die entstehenden Reaktionsprodukte nur sehr schwer zu ent­ sorgen.

Die deutsche Patentschrift 42 30 732 C1 beschreibt ein Verfahren zur Ausbil­ dung eines entfernbaren Oberflächenbereiches auf einem Substrat, insbeson­ dere auf einer Glaskeramik, wobei eine im Verhältnis zum Substrat dünne Schicht eines Materials, mit einem im Vergleich zum Substrat stark abwei­ chenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei einer Temperatur mit dem Substrat verbunden und anschließend auf eine andere Temperatur abgekühlt wird.

Aus der EP 0 391 113 A2 ist ein Verfahren zur berührungslosen großflächi­ gen Entlackung von Lackschichten, insbesondere an Faserverbundwerkstoffen bekannt, wobei optische Energie, vorzugsweise von einem gepulsten Laser, die zu entlackende Oberfläche so schnell erhitzt, daß der bestrahlte Lack schneller abdampft als absorbierte Energie in tiefere Schichten diffun­ diert.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren, insbesondere zur Ent­ lackung von Faserverbundwerkstoffteilen und von mit sehr resistenten Lacken versehenen Aluminium-Legierungen anzugeben.

Nach der EP 0 319 113 A2 wird der Einsatz des Lasers zur Bearbeitung von Leichtmetall und von Faserverbundwerkstoffen dadurch grundsätzlich erst ermöglicht, weil keine Gefahr einer unerwünschten Werkstoffschädigung be­ steht.

Nach diesem Verfahren muß die Reaktion mit dem Substrat unterbleiben, nach der vorliegenden Erfindung ist die Reaktion mit dem Substrat unbedingt notwendig, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen.

Die DE 38 34 783 A1 legt ein Verfahren zur Reproduktion der graphischen Elemente einer Vorlage durch Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks mit fokussierter, intensitätsmodulierbarer elektromagnetischer Strahlung offen, deren Brennpunkt etwa auf der Oberfläche liegt.

Aus dieser Offenlegungsschrift mag zwar bekannt sein, daß Laserstrahlung

• a) zur lokalen Abtragung eines auf einem Substrat aufgebrachten Überzu­ ges oder
• b) zur Erzielung einer lokalen Veränderung in der Kristallstruktur des Substrates an der Oberfläche eingesetzt wird.

Nach der vorliegenden Erfindung wird kein aufgebrachter Überzug lokal von einem Substrat abgetragen, sondern großflächig eine Reaktionsschicht aus den Beschichtungen und dem Substrat gebildet. Diese Reaktionsschicht wird aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften bei einer an­ deren, niedrigeren, gezielt einzustellenden Temperatur entfernbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, kostengünstig und umweltschonend auf der Oberfläche von Substraten fest aufsitzende Beschichtungen und/oder Ver­ schmutzungen zu entfernen, die eine Recycling des Substrats nicht, oder nur in sehr geringem Umfang, möglich machen würden.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß mittels Energiezufuhr durch einen Laserstrahl die Oberfläche des Substrates mit allen darauf aufsitzenden Beschichtungen auf eine Temperatur zwischen 1000°C und 1400°C gebracht wird, bei der eine Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 0,01 bis 0,5 mm mit vom Substrat abweichenden physikalischen Eigenschaften ausgebildet, und anschließend das so behandelte Substrat um 300-800°C abgekühlt wird.

In bevorzugter Variante der Erfindung wird die Oberfläche des Substrats auf eine Temperatur zwischen 1100°C und 1300°C gebracht und die Oberflä­ chenschicht bis zu einer Tiefe von 0,1 bis 0,3 ausgebildet.

Durch den Laserstrahl werden dabei Energien zwischen 500 und 1800 W×sec ^-1×cm^-2, insbesondere zwischen 500 und 1300 WS pro cm², auf die Oberfläche des Substrates zugeführt.

Dieses Verfahren hat sich dabei insbesondere bei dekorierten Glaskeramik­ platten als außerordentlich effizient erwiesen, d. h. wenn als Substrat ei­ ne Glaskeramik verwendet wird.

Glaskeramikplatten werden zukünftig vom Hersteller zurückgenommen werden, um einerseits den Anforderungen des Gesetzgebers Genüge zu leisten, ande­ rerseits um einen an sich wertvollen Rohstoff wieder in den Produktions­ prozeß zurückzuführen.

Problematisch ist auch hierbei das Dekor.

Ohne Dekor kann ein großer Mengenanteil an Glaskeramik, z. B. als Scherben, auch aus alten gebrauchten Platten, wieder problemlos mit aufgeschmolzen werden.

Zu wesentlich geringeren Anteilen kann dekorierte Glaskeramik zurückge­ führt werden; und selbst dieser geringe Anteil kann schon Probleme mit sich bringen.

Das Dekor enthält Fremdstoffe, die im Glasgemenge nicht oder nur in sehr geringen Mengen vorhanden sein dürfen.

Die Entfernung der Dekore von der Oberfläche der Glaskeramik ist also zwingend notwendig, um die Zusammensetzung des Glasgemenges nicht durch Zufügung von dekorierten Scherben und Bruch aus fehlerhafter Produktion oder aus Recycling-Beständen zu verändern.

Dies gilt für viele Oxide, wie z. B. die des Eisens, die die Zusammenset­ zung des Grundglasgemenges so ändern würden, daß z. B. ein reproduzierbarer Keramisierungsprozeß mit gleichen Eigenschaften des Endproduktes nicht mehr zu erreichen wäre.

Auch die Pigmente aus dem Dekor verändern die Transmission der Glaskeramik und führen zu einem Glasgemenge, das bei der Keramisierung und in den Ge­ brauchseigenschaften keine gleichmäßigen Produkte mit garantiefähigen Merkmalen ergibt.

Die zwingend notwendige Entfernung des Dekors ist nach dem Verfahren der Erfindung problemlos möglich geworden und vermeidet die oben genannten Nachteile der bisher bekannten Methoden Oberflächenschichten zu beseiti­ gen.

Nach der Erfindung werden als Substrate besonders Glaskeramik-Platten mit einem typischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α von 0 ± 1.5×10^-7 ×K^-1 eingesetzt, während die mittels Energiezufuhr durch den Laserstrahl ausgebildeten Oberflächenbereiche einen Ausdehnungskoeffizienten α von 1 bis 4×10^-6×K^-1 aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt hier die sehr geringe Wärmedehnung des Substrates im Vergleich zu dem sich mittels Energiezufuhr durch einen Laserstrahl ausbildenden Oberflächenbereich, besonders auch in der Umge­ bung von Dekoren oder anderen Beschichtungen, aus.

Dabei sind die zur Lösung der Aufgabe nach der vorliegenden Erfindung not­ wendigen Temperaturen einmal abhängig vom Substrat und zum anderen beson­ ders von dem auf dem Substrat aufsitzenden Beschichtungen.

So ergeben sich z. B. je nach dem Chemismus des Substrates z. B. bei Glas­ keramik, Keramik, Glas, je nach Beschichtung, z. B. bei vollflächigen Gla­ suren, bei raster- und/oder punktförmigen Dekoren und je nach dem Chemis­ mus und der Schichtdicke der aufsitzenden Beschichtung unterschiedliche Temperaturen um eine entfernbare Oberflächenschicht auszubilden.

Welche Reaktionen des Substrates, und/oder des Substrates mit der aufsit­ zenden Beschichtung durch die sehr kurz einwirkende Energiezufuhr des La­ serstrahles, bei der Ausbildung dieser Oberflächenschicht ablaufen, ist noch nicht im einzelnen geklärt.

Vermutlich sind Entglasungs- bzw. Kristallisationsvorgänge, die durch die Energiezufuhr des Laserstrahles in der Oberflächenschicht ablaufen für die Ausbildung der entfernbaren Oberflächenschicht mit ihrem vom Substrat ab­ weichenden physikalischen Eigenschaften, und hier wahrscheinlich besonders ihrem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, verantwortlich.

Die neu gebildete Oberflächenschicht könnte dann bei der Abkühlung unter Zugspannung geraten, da ihre Schwindung von dem wesentlich weniger schwin­ denden Substrat behindert wird.

Besonders ausgeprägt sind die Spannungsspitzen dann, wenn noch Beschich­ tungen, wie Dekore in die neu gebildete Oberflächenschicht inkorporiert werden.

Von den Beschichtungen z. B. den Dekoren ausgehend, reißt dann die Ober­ flächenschicht ein und führt auch noch im unterliegenden Substratmaterial oberflächlich zu Abplatzungen und Abmuschelungen, mit der Folge, daß sich eine Oberflächenschicht bestimmter Tiefe leicht vom Substrat ablösen läßt.

Die Temperatur, auf die das Substrat mit der, durch die Energiezufuhr des Laserstrahles ausgebildeten Oberflächenschicht abgekühlt wird, liegt dabei nach der Erfindung zwischen der Temperatur bei der sich der Oberflächenbe­ reich bildet minus 300-800°C.

Typische Temperaturen, z. B. für gebrauchte, dekorierte Glaskeramikplat­ ten, auf die die Oberflächenschicht nach der Temperaturbehandlung durch den Laserstrahl abgekühlt wird, liegen im Bereich zwischen 600°C und 20°C.

Die Energiezufuhr durch den Laserstrahl wird so geführt, daß eine Oberflä­ chenschicht bis zu einer Tiefe von 0,01 bis 0,5 mm, insbesondere von 0,1 bis 0,3 mm ausgebildet wird.

Die Energiezufuhr erfolgt dabei linienförmig auf der Oberflächenseite auf der die Beschichtungen aufsitzen, wobei diese linienförmige Zone der Ener­ giezufuhr durch eine Relativbewegung parallel zur Substratoberfläche ver­ schoben wird, so daß die linienförmige Zone eine definierte Fläche auf der beschichteten Seite des Substrates überstreicht, und wobei die Energiezu­ fuhr pro Flächeneinheit des Substrates mit einer solchen Intensität und Zeitdauer vorgenommen wird, daß eine Temperatur erreicht wird, bei der sich auf dem Substrat eine Oberflächenschicht mit vom Substrat abweichen­ den physikalischen Eigenschaften ausbildet.

Dabei wirken Energien zwischen 500 und 1800 Ws pro cm² auf die Ober­ fläche des Substrates ein, z. B. bei Ausbildung einer "Brennlinie" mit ei­ ner Breite von 1,3 mm und einer Länge von 400 mm, bei einer Verschiebungs­ geschwindigkeit zwischen 3 und 5 mm/s.

Durch die quasistationäre linienförmige Aufweitung des Laserstrahles über die gesamte Breite des beschichteten, z. B. dekorierten Substrates und durch das Wandern dieser Zone über das Substrat (bzw. des Substrates unter dieser Zone) wird ein kurzzeitiges Auf- und/oder Anschmelzen des Oberflä­ chenbereiches erreicht. Erfindungsgemäß wandert eine linienförmige Reak­ tionszone über das Substrat, die von einem schnell abgelenkten Laserstrahl erzeugt wird.

Durch die schnelle Ablenkung des Laserstrahles ist der gesamte unter der Zone befindliche Oberflächenbereich kurzzeitig im an- und/oder aufge­ schmolzenen Zustand.

Das Substratmaterial sollte dabei bevorzugt einen niedrigen Wärmeleitfä­ higkeitskoeffizienten haben, der höchstens 4 W/mK, vorzugsweise 1,0 bis 2,5 W/mK betragen sollte und eine Dicke von mindestens 0,5 mm, vorzugsweise 2 bis 10 mm aufweisen. Als Substratmaterial nach der Erfindung kommen insbe­ sondere Glaskeramiken zur Anwendung; es können aber auch andere Materia­ lien wie z. B. Glas oder Keramiken verwendet werden.

Die beschichtete Oberfläche des Substrates, die eine Fläche von 50 cm×60 cm bis 100 cm×100 cm, vorzugsweise 50 cm×60 cm aufweisen kann, wird dabei nur auf eine Tiefe von 0,2 bis 10 µm, vorzugsweise 2-4 µm auf die An- und/oder Aufschmelztemperatur der Schicht erwärmt.

Die linienförmige Aufweitung des Laserstrahles erfolgt zweckmäßigerweise mittels eines Facettenspiegels, der mindestens 3, vorzugsweise 6 bis 14 einzelne lückenlos auf einem Zylinder angeordnete Spiegelsegmente ent­ hält.

Aber auch ein an sich linienförmiger Laserstrahl genügend höher Energie, z. B. aus einem Plattenlaser, könnte verwendet werden.

Der Facettenspiegel projiziert den Laserstrahl quasi in eine Linie auf die Substratoberfläche, die - um winkelbedingte wesentliche Temperaturunter­ schiede zu vermeiden - vorzugsweise im wesentlichen planar ist, wobei der Laserstrahl unter einem Winkel von 85° bis 90° auf die Substratoberfläche auftreffen sollte.

Da der Beginn und das Ende der von dem Facettenspiegel gebildeten Laser­ linie auf technischen Gründen meist eine höhere Energiedichte aufweisen, ist eine Ausblendung dieser Bereiche von der Substratoberfläche mittels vorzugsweise luft- oder wassergekühlter Randblenden vorteilhaft.

Der Laserstrahl bzw. die Laserlinie überstreicht die Substratoberfläche vorzugsweise in der gesamten Breite des Dekors, wobei das Dekor ganz­ flächig die Substratoberfläche abdecken kann oder aus Punkten, Rastern oder ähnlichen Mustern besteht, zwischen denen auch nicht-dekorierte Sub­ stratoberfläche liegt.

Die Brennlinie des Laserstrahles hat vorteilhafterweise eine Brennfläche von 1 mm² bis 25 mm², und überstreicht das Substrat bei einer Substrat­ breite von beispielsweise 50 cm mit einer Frequenz zwischen 1000-10 000 Hz, vorzugsweise 1000-2000 Hz, woraus sich eine Relativgeschwindigkeit des Brennflecks auf dem Substrat von 500-5000 m/s, vorzugsweise 500- 1000 m/s ergibt.

Je nach verwendeter Laserleistung die im allgemeinen 1 kW bis 10 kW be­ trägt, kann das Substrat mit einer Geschwindigkeit von 3-10 mm/sec unter dem quasistationären, linienförmig aufgeweiteten Laserstrahl verschoben werden.

Als Laser kommen insbesondere IR-Laser in Betracht, besonders solche aus der Gruppe CO₂-, XeCl-, Kr-, ArF-, Nd-Glas oder Rubinlaser.

Zweckmäßigerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Substratma­ terial auf Temperaturen im Bereich der Transformationstemperatur vorge­ heizt, also auf 600-900°C, insbesondere auf 700-800°C.

Die linienförmige Energiezufuhrzone wird durch Ablenkung des Laserstrahles mit einem Facettenspiegel erzeugt, der den Laserstrahl mit hoher Frequenz mindestens über die gesamte Breite des Dekors, vorzugsweise aber über die gesamte Breite des Werkstückes führt.

Zweckmäßig wird ein Drehspiegel mit 14 Facetten verwendet, der mit 3000 Umdrehungen/min rotiert. Bei einer Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes von z. B. 1 cm pro Minute und mit einer auf 1 cm² aufgeweitetem Strah­ lungsfläche des Lasers wird ein 1 cm breiter Streifen des Werkstückes so­ mit 42 000mal/min abgetastet.

Ist beispielsweise eine Energie von 300 Ws pro cm² erforderlich und ist das Werkstück 100 cm breit, so führt dies bei einer Einwirkdauer von 1 Minute auf eine benötigte Leistung von 0,5 Ws cm² des Laserstrahles und eine not­ wendige Laserleistung von 5 kW, wenn der Durchmesser des nicht aufgewei­ teten Laserstrahles 0,1 mm beträgt.

Unter den genannten Bedingungen wurden z. B. entfernbare Oberflächen­ schichten bei Temperaturen zwischen 1000°C und 1400°C auf Substraten aus Glaskeramik ausgebildet.

Da die Energieverteilung des Brennfleckes des Laserstrahles einer angenä­ herten Gaußverteilung entspricht, erzeugt der Laser eine linienförmige Temperaturzone, die sich in eine Vorwärmzone, eine Schmelzzone und eine Kühlzone gliedert, welche durch die hochfrequente Ablenkfrequenz des La­ serstrahles als quasistationär betrachtet werden können. Bei kontinuierli­ cher Fortbewegung des Werkstückes unter dem quasi linienförmig aufgewei­ teten Laserstrahles erfährt somit jede Stelle der Fläche die gleiche "Tem­ peraturgeschichte".

Durch geeignete Wahl der Laserleistung, Abtastfrequenz der linienförmigen Einbrennzone und der Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes kann der Pro­ zeß an die jeweiligen Erfordernisse bzw. den jeweiligen Energiebedarf der an- und/oder aufzuschmelzenden Oberflächen angepaßt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; und

Fig. 2 einen Querschnitt parallel zur Vorschubsrichtung durch eine Glas­ keramikplatte als dekoriertes Substrat während der Ausbildung ei­ ner entfernbaren Oberflächenschicht.

In Fig. 1 wird der Strahl 2 (Wellenlinie) eines (CO₂)-Lasers 1 auf einen drehbaren Facettenspiegel 3, der in Pfeilrichtung mit z. B. 3000 U/min. gedreht wird und der gerade in Position A ist, gerichtet und von dort (2a, punkt-gestrichelt) auf die Oberfläche 5 eines Substrates, hier einer ge­ brauchten, dekorierten Glaskeramikkochfläche 4 gelenkt. Ist der Facetten­ spiegel 3 in Position B (gestrichelt), dann wird der Strahl 2 an den einen Rand der Glaskeramikkochfläche 4 gelenkt (2b, gestrichelt). Den anderen Rand der Glaskeramikkochfläche 4 erreicht der Strahl 2 (2c, gepunktet) in einer (nicht dargestellten) Position C des Facettenspiegels 3 die gegen­ über der Position B nur wenige Grade vorgedreht ist.

In Fig. 1 ist vereinfachend ein Spiegel mit 6 Facetten dargestellt. Die besten Ergebnisse im Hinblick auf eine gleichmäßige Energiedichte brachte jedoch ein Spiegel mit 14 Facetten.

Durch diese Ablenkung (2b, 2a, 2c) überstreicht der Strahl 2 auf der Ober­ fläche 5 der Glaskeramikkochfläche 4 eine Linie 6, auf der die Energie des Strahls 2a-c der Glaskeramikkochfläche 4 zugeführt wird, d. h. in der der Strahl die Oberfläche des Substrates 4 mit allen darauf aufsitzenden Be­ schichtungen 7 auf eine Temperatur gebracht hat, bei der sich die Oberflä­ chenschicht 7b mit dem vom Substrat 4 abweichenden Ausdehnungskoeffizien­ ten ausbildet.

Der Anfang und das Ende der Linie 6 haben eine andere Energiedichte als die Linienmitte und werden deshalb z. B. mittels luftgekühlter Blenden 8 ausgeblendet. Der vom Anfang bzw. Ende der Linie 6 mit dem Strahl 2b bzw. 2c gebildete Winkel β ist bei dieser Anordnung vorzugsweise nicht kleiner als 85°, wobei der Abstand des Drehspiegels von der Glaskeramik-Oberfläche ca. 1 m beträgt.

Je nach verwendeter Laserleistung, die nach der Erfindung i. a. zwischen 2 bis 10 KW beträgt, kann das Substrat mit einer Geschwindigkeit von 3-8 mm/s unter dem quasistationären, linienförmig aufgeweiteten Laserstrahl durchbewegt werden.

Dabei wurden bei den Versuchen entfernbare Oberflächenbereiche mit Tiefen von bis zu 0,3 mm ausgebildet.

Typische auf die Oberfläche 5 des Substrates 4 zugeführte Energie-Leistungen sind dabei z. B.:

Die Länge der Brenn"linie" beträgt hierbei 400 mm, wobei aber nur die mittleren 270 mm eine etwa gleiche Energiezufuhr erreichen.

Zur Durchführung einer Relativbewegung zwischen der Linie 6 und der Glas­ keramikkochfläche 4 liegt diese auf einem über Rollen 10 und 10a geführten Band 9, mit dem die Glaskeramikkochfläche 4 unter der Linie 6 in Pfeil­ richtung mit konstanter Geschwindigkeit verschoben wird.

Gebrauchte, dekorierte Glaskeramikkochflächen 4a werden dabei kontinuier­ lich vom Band 9 aufgenommen und als Glaskeramikkochflächen 4b mit einer entfernbaren Oberflächenschicht 7b vom Band 9 wieder abgegeben. Zweck­ mäßiger Weise ist ein Teil des Bandes 9 kühlbar, um die mittels Energiezu­ fuhr durch den Strahl 2 erhitzten Glaskeramikkochflächen 4 mit der sich gebildeten, entfernbaren Oberflächenschicht 7b abzukühlen.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer Glaskeramikkochfläche 4 im Querschnitt. Die Glaskeramikkochfläche 4 wird in Pfeilrichtung mittels des (hier nicht dargestellten) Bandes 9 verschoben, so daß das auf die Glaskeramikkochfläche 4 aufgetragene Dekor 7 in den Bereich der vom Strahl 2a-c gebildeten Linie 6 kommt und diese als entfernte Oberflächenschicht 7b bestimmter Tiefe, mit allen auf der Oberfläche aufsitzenden Beschich­ tungen 7 wieder verläßt.

Durch die Verschiebungsgeschwindigkeit des Bandes 9 und durch die Energie des Strahls 2 erfolgt die Energiezufuhr in der Oberflächenschicht pro Flä­ cheneinheit des Substrates oder der Beschichtung mit einer solchen Inten­ sität und Zeitbegrenzung, daß die Oberfläche 5 des Substrates 4 mit allen darauf aufsitzenden Beschichtungen 7 auf eine Temperatur gebracht wird, bei der sich eine Oberflächenschicht 7b mit einem vom Substrat 4 abwei­ chenden Ausdehnungskoeffizienten ausbildet. Die Energiezufuhr ist bereits wieder unterbrochen, bevor sich der Temperaturgradient der Wärmeleitungs­ front weiter in das Substratmaterial hineinverlagert hat.

Gut entfernbare Oberflächenschichten auf Glaskeramiken bildeten sich z. B. bei folgenden Parametereinstellungen aus:

Laserleistung (kW)
Bewegungsgeschw. (mm/s)
2,8|3; 4
3,0	3
6,3	5
8,3	5
9,6	5

An einer Glaskeramikplatte der Abmessungen 295 mm×70 mm×4 mm (8,3; 8 mm/s) wurde, bei einem optimalen Dekorabtrag mit Ausbildung einer ent­ fernbaren Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 0.3 mm, ein Abtrag von 6195 mm³ (0.006 dm²) errechnet.

Claims (12)

1. Verfahren zur Ausbildung einer entfernbaren Oberflächenschicht auf ei­ nem Substrat aus Glaskeramik, Glas oder Keramik, einschließlich aller auf der Oberfläche des Substrates aufsitzender Beschichtungen, wie De­ koren, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Energiezufuhr durch einen Laserstrahl die Oberfläche des Substrates mit allen darauf aufsitzenden Beschichtungen auf eine Tem­ peratur zwischen 1000°C und 1400°C gebracht wird, bei der eine Ober­ flächenschicht bis zu einer Tiefe von 0,01 bis 0,5 mm mit vom Substrat abweichenden physikalischen Eigenschaften ausgebildet, und an­ schließend das so behandelte Substrat um 300-800°C abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrats auf eine Temperatur zwischen 1100°C und 1300°C gebracht wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 0,1 bis 0,3 mm aus­ gebildet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Laserstrahl Energien zwischen 500 und 1800 Ws pro cm² auf die Oberfläche des Substrates zugeführt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Energien zwischen 500 und 1300 Ws pro cm² zugeführt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient α des Oberflächenbereichs des Substrates von 0 + 1,5×10^-7×K^-1 durch die Energiezufuhr auf 1 bis 4×10^-6×K^-1 verändert wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Energiezufuhr durch den Laserstrahl linienförmig erfolgt, wo­ bei diese linienförmige Zone der Energiezufuhr durch eine Relativbewe­ gung parallel zur Substratoberfläche verschoben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Energiezufuhr mit einem quasistationären linienförmig aufge­ weiteten Laserstrahl erfolgt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl durch periodische Ablenkung mit hohen Frequenzen von 1000 bis 10 000 Hz auf die maximale Breite des Substrates aufge­ weitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat unter der linienförmigen Zone der Energiezufuhr ver­ schoben wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie durch den Strahl eines Lasers aus der Gruppe der CO₂-, XeCl-, Kr-, ArF-, Nd- oder Rubinlaser zugeführt wird.

12) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat auf Temperaturen von 600°C bis 900° vorgeheizt wird.